Способ получения биодизельного топлива

Топливо из отходов – уже реальность

Многие наверняка думают, что это технологии будущего. На самом деле это уже давно технологии дня сегодняшнего. И дело не только в том, что биотопливо как новый и очень перспективный источник энергии получает всё большую популяризацию по всему миру. На самом деле о нем заговорили ещё в начале ХХ века, а в годы Второй мировой войны даже активно использовали в дизельных машинах.

Гораздо важнее другое. Причины, побуждающие топливно-энергетическую сферу активнее заниматься производством альтернативных видов топлива просты как дважды два: высокая экологичность, эффективность применения и экономичность производства.

С последним утверждением, правда, можно поспорить. Интеллектуальная и инженерная мысль ещё не настолько продвинулась, чтобы разработать технологии производства в финансовом плане более выгодные, чем традиционные. Но положительная динамика в данном процессе есть. Об этих примерах, а также современных технологиях получения биотоплива в целом расскажем в нашем материале.

Виды биотоплива и способы его производства

В настоящее время разработано три основных метода получения биотоплива. Первый заключается в переработке сельскохозяйственных технических культур. Второй – в добавлении биологических веществ в традиционные виды топлива. И третий – химический синтез горючего. Объединяет все технологии одно – использование растительных масличных отходов, включая неликвидную, низкосортную древесину и даже обычный мусор.

Таким образом, производители стремятся при невысокой себестоимости сырья и, по возможности, малых энергозатратах получать несколько видов биотоплива. Рассмотрим каждый из этих продуктов и технологию его производства подробнее.

Биоэтанол

Это обычный этанол (технический спирт). В качестве сырья служит, как уже говорилось выше, растительное сырье. Его измельчают в крахмал и добавляя гидролизные дрожжи сбраживают, получая готовый продукт (спирт) и отходы (барда, сивушные масла). Барда, к слову, может использоваться для производства кормов.

Стремясь получить продукт, более пригодный для двигателей современных автомобилей, производители биотоплива пошли ещё дальше и начали выпускать гибридное топливо БИО100. Это смесь биобутанола и третбутилового масла, но основа та же – биоэтанол. Его свойства позволяют использовать топливо в самых обычных машинах без конструкционных изменений двигателя.

Биодизель

Или СО₂-нейтральное биодизельное топливо. При его сгорании в атмосферу выделяется столько же углекислоты, сколько поглощается растениями при росте. По нормам токсичности оно соответствует Евро 4.

Получают биосоляру из широкого спектра растительного сырья: древесины, соломы, навоза, сои, рапса, хлопка, ятрофа и прочих растительных веществ и отходов. Приоритетным является рапс, урожайность которого может обеспечивать топливом до 80% все автомобилей Европы. Технология производства следующая: сырье сушат, нагревают до 400-500 °С, а затем выделяющийся газ смешивают с метанолом, используя катализатор метоксид натрия, в результате чего на выходе получается дизельное биотопливо.

Начало в изготовлении биодизеля положила немецкая химкомпания Choren Industriers при поддержке концернов DaimlerChrysler и Volkswagen. Однако, это производство не чистого SunDiesel, как еще называют биодизельное топливо. Чистый биодизель в 20 раз более вязкий по сравнению с традиционным горючим. Поэтому немцы выпускают для современных двигателей смешанный продукт: соединение маслометанольной рапсовой смеси с обычным ДТ в пропорции 30/70. При сгорании данное топливо выделяет до 80% меньше СО₂, чем традиционное. Кстати, для получения абсолютно безопасного топлива масло можно смешивать с пищевым этиловым спиртом вместо метилового.

Есть, правда, один минус, который пока перевешивает все плюсы: себестоимость производства биодизеля выше, чем обычного бензина и дизтоплива. Но, к примеру, норвежцы уже объявили, что через 5-6 лет всё будет наоборот и перерабатывая древесные опилки можно будет получать чистую биосоляру нового поколения.

Синтетическое топливо

Это новый вид биотоплива, разработанный сравнительно недавно – в 2003 году корпорацией DaimlerChrysler. Назвали его BIOTROLL. Производят его преимущественно из древесных отходов путем отжима, экстрагирования, очищения и последующего смешивания полученных масел с биотопливом. Изменяя технологический процесс химики научились создавать целый ряд чистейших и безвредных видов топлива: от бензина до дизеля. В отличие от нефтяного горючего BIOTROLL вообще не выделяет вредных примесей при сгорании и абсолютно нейтрален к углекислому газу.

В Германии даже появились заправочные станции, предлагающие топливо нового поколения. Но, к сожалению, себестоимость его производства ещё очень высока и широкого распространения оно не имеет. Хотя, уже в ближайшем будущем ситуация может измениться. За последнее время средний показатель производства биотоплива в мире вырос в 2,5 раза, а по оптимистичным прогнозам к 2020 году Евросоюз доведет процент его использования до 20%, США и Китай – вообще до 40%.

Эксперименты

Не смотря на планомерное развитие технологий по производству биотоплива нового поколения известными мировыми компаниями, небольшие предприятия и научные институты также параллельно ведут свои исследования.

К примеру, в России наиболее интересный и необычный опыт получили в Пермском крае. Местные агрономы попытались вырастить чайный гриб на фермерских отходах. Смешивание двух биосфер в соотношении 1:3 привело к выделению газа, который в высокой концентрации можно использовать как биотопливо.

В Великобритании тоже не мудрствуя лукаво взяли за основу для биотоплива самое распространенное сырье – барды (жидкие отходы процесса перегона виски), которого на Туманном Альбионе ежегодно производят до 7 млрд литров. Метод переработки основан на способе получения бутанола и ацетона путём ферментации сахара. Итоговый бутанол, к слову, уже показал, что на 30% эффективнее любого другого спиртового биотоплива. Производители обещают, что скоро им можно будет заправляться на британских АЗС.

Не отстают и американские пытливые умы. Исследователи из Технологического института Джорджии объединили генетику и микробиологию. Они добавили гены хвойных деревьев кишечным бактериям. Первые результаты показали, что получаемый в результате такой жизнедеятельности пинен может стать основой для производства ракетного топлива. Но для этого ещё нужно повести не одно исследование. Ученые только в начале пути.

Источник

Биодизель: производство, использование, виды

Из всех аналогов дизельного топлива только биодизель может быть его полноценной заменой, поскольку он подходит для всех транспортных средств с дизельным двигателем. Суть названия такого горючего понятна интуитивно. Оно экологически чистое, биоразлагаемое, а еще простое в использовании. Но для использования все-таки стоит познакомиться с топливом поближе.

Как производят биодизельное топливо

По своей структуре биодизель представляет собой смесь метиловых или этиловых эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот. В основном это метиловый эфир, образовавшийся в результате химической реакции — этерификации растительных масел или переэтерификации жиров (животных и кормовых).

Получение биодизеля стало альтернативой другим способам использования масла и жира в качестве моторного топлива. Ранее их напрямую заливали в бак, но из-за этого топливная система выходила из строя. Причин много: происходило неполное сгорание горючего, при смешивании со смазкой ухудшались смазочные свойства топлива, а из-за повышенной вязкости масла на форсунках, кольцах и поршнях появлялись отложения.

Поскольку биодизель получают из масла, возникает логичный вопрос, почему нельзя использовать в дизельном двигателе именно растительные масла. Такое действительно имело место во многих странах, но здесь не избежать ряд проблем. Масло сгорает не полностью, поэтому не может долго применяться в обычных двигателях с непосредственным впрыском.

Сырьем для биодизеля может выступать любое растительное масло или животный жир. Самым дешевым является рапсовое масло, поэтому его используют чаще всего. Кроме того, оно имеет максимальный выход биотоплива. Со 150 гектаров земли, засаженной рапсом, можно получить более 180 тонн масла, из которого получится 198 000 литров биодизеля. Рапс распространен в европейских странах. В США используют сою, в Бразилии — касторовое масло, в Канаде — канолу (разновидность рапса), в Индонезии — пальмовое масло.

Завод по производству биодизеля

Кроме рапсового применяются:

• пальмовое,
• арахисовое,
• хлопковое,
• касторовое,
• подсолнечное,
• кунжутное,
• горчичное,
• кукурузное масла.

В зависимости от сырья выделяют биотопливо трех поколений:

• 1-го поколения — из сельскохозяйственных культур;
• 2-го поколения — из жиросодержащих отходов;
• 3-го поколения — из липидов микроводорослей.

В основе технологии производства биодизеля лежит процесс переэтерификации. Она происходит с применением определенного катализатора. Им выступает один из алкоголятов щелочных металлов — метилат натрия. Растительное масло — это сочетание триглицеридов (эфиров), соединенных с молекулой глицерина с трехтомным спиртом C3H8O3. Именно глицерин обеспечивает маслу вязкость. Для получения биотоплива этот глицерин нужно удалить, заместив спиртом. Такой процесс и называется этерификацией.

Таким образом, биодизель получают следующим способом:

• В реакторных колоннах смешивают очищенное от механических примесей масло и щелочной катализатор (метиловый спирт). Соотношение метанола и масла варьируется в пределах от 1:4 до 1:20.
• Производят нагрев смеси до 50-60 °C.
• Дают смеси отстояться и охладиться, в результате чего она делится на 2 фракции: легкую — сложный эфир (биодизель) с высоким цетановым числом (56-85, у минерального дизтоплива всего 50-52) и хорошей воспламеняемостью, тяжелую — глицериновую фазу, выступающую побочным продуктом во многих сферах.
• Метиловый эфир направляют на промывку, где подвергают дополнительной очистке от продуктов омыления, иначе топливо засорит фильтр и образует нагар и смолы в камере сгорания.
• На последнем этапе выполняют сушку метиловых эфиров. Избавление от воды имеет важное значение, поскольку она создает условия для развития в биодизеле микроорганизмов.

В процессе отстаивания смеси в качестве тяжелой фракции образуется именно глицериновая фаза. До глицерина ее еще необходимо довести, отправив в блок отгонки метанола, иначе могут возникнуть проблемы с хранением и утилизацией продукта из-за его повышенной щелочности и высокого содержания метанола.

Производство биодизеля

Чем биодизель отличается от дизеля

Поскольку биодизель используется в качестве аналога дизельного топлива, их часто сравнивают по основным характеристикам и свойствам. Разница наблюдается в составе, свойствах, возможностях применения.

Характеристики и состав

Биодизель представляет собой многокомпонентное жидкое топливо, в основе которого смесь моноалкильных эфиров жирных кислот. В составе отсутствует нефть — это главное отличие. Но, несмотря на такой состав, биодизель можно смешивать с любой маркой дизтоплива. Причем полученное горючее может применяться во всех типах дизельных двигателях.

Немаловажно, что в продуктах сгорания биодизеля содержится:

• меньше серы — 0,005% против 0,2% для обычного дизеля;
• на 50% меньше сажи;
• на 8-10% меньше оксида углерода.

Фактически производство биодизеля регламентируется стандартом ГОСТ Р 53605–2009, соответствующем EN 14214:2003. Согласно этому документу, установлены следующие характеристики биодизеля:

• Массовая доля эфиров — 96,5%.
• Плотность при 15 °C — 860-900 кг/м 3 .
• Температура вспышки в закрытом тигле — 120 °C.
• Содержание серы — не более 10 мг/кг.
• Кинематическая вязкость —3,5-5 мм 2 /с.
• Цетановое число — 51.
• Общее содержание глицерина — 0,25%.

Плюсы и минусы

Биодизель как топливо имеет очень высокий уровень экологичности. Его применение в качестве горючего позволяет полностью устранить серные диоксиды и уменьшить количество двуокиси углерода в выхлопах на 80%, а также избавиться от их характерного запаха. К другим плюсам относятся:

• возможность применения в дизеле без присадок, стимулирующих воспламенение;
• предотвращение образования нагара;
• сгорание практически без токсичных отходов;
• отсутствие неприятного запаха;
• простота организации производства (можно развернуть его на базе небольшого фермерского хозяйства);
• почти полная безотходность (жмых, получаемый в процессе производства масла, используется в качестве корма для скота).

Биологическая безвредность

Биодизель биологически безопасен: безвреден для человека и окружающей среды, в случае утечки в течение 3 недель подвергается почти полному (99%) распаду без какого-либо ущерба. Это позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер при переводе водного транспорта на биодизельное топливо. При попадании в воду продукт не причиняет вреда растениям и животным.

Как выглядит биодизель

Возобновляемость сырья

К преимуществам биодизеля относятся доступность и дешевизна сырья. В производстве можно использовать отходы любого сельского хозяйства. В ряде стран на завод поступает отработанное растительное масло из ресторанов, где оно применялось для приготовления разных блюд.

Производство биодизеля из растительного сырья позволило получить возобновляемый источник топлива. Причем ресурсы для изготовления быстро восстанавливаются. В то же время запасы нефти практически невосстановимы. Использование такого возобновляемого сырья особенно актуально для коллективных хозяйств, занимающихся переработкой масла. Из своих же отходов они могут производить качественное топливо, которое позволит им быть полностью автономными.

Хорошие смазочные свойства

Если минеральное дизтопливо после очищения от сернистых соединений теряет свои смазочные свойства, то биодизель выступает хорошей смазкой, даже несмотря на меньшее содержание серы, чем в дизельном топливе. Это обусловлено тем, что в составе присутствует кислород. К примеру, один грузовик из Германии даже был внесен в Книгу рекордов Гиннеса, поскольку проехал со своим оригинальным двигателем на биодизеле более 1,25 млн км.

При работе на биодизельном топливе в ДВС одновременно производится смазка подвижных частей. За счет этого срок службы самого двигателя и топливного насоса в среднем увеличивается на 60%.

Высокая пожарная безопасность

Недостатки биодизеля

При всех своих плюсах биодизель имеет минусы. Главным недостатком считают непродолжительный срок хранения. Он составляет всего 3 месяца. Еще к минусам биодизеля относится возможное агрессивное влияние на резиновые детали двигателя. Это связано с тем, что топливо проявляет свойства растворителя. Из других недостатков биодизеля можно отметить:

• недостаточную эффективность при низкой температуре;
• появление осадка при отрицательной температуре (образуются кристаллы воска, загрязняющие детали);
• агрессивность по отношению к лакокрасочному покрытию кузова (нельзя допускать, чтобы биодизельное топливо попадало на его поверхность).

Виды биодизельного топлива

В первую очередь биодизель классифицируется на виды в зависимости от сырья. Растительное масло сегодня уже не единственный вариант для получения биотоплива. Сегодня разрабатываются новые технологии производства, в том числе обработка растительного сырья генно-модифицированными микроорганизмами. Ввиду ограниченности ресурсов растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, в мире проводят исследования по использованию вновь культивированных специальных видов водорослей.

В последние пару лет производители биодизеля обращают много внимание на клещевину — растение семейства малочайных. Все потому, что методом холодного прессования из него можно получить касторовое масло, характеризующееся одним из самых высоких цетановых чисел.

Биодизель производится из водорослей

Сферы применения биодизеля

Как топливо биодизель может применяться двумя способами: как самостоятельное горючее или в комбинации с обычным дизтопливом. В холодное время года рекомендуется комбинировать 20% биодизельного и 80% дизельного топлива. В результате их смешения образуется дизтопливо марки B20 (число указывает на процентное содержание биодизеля).

Можно ли заменить дизельное топливо на биодизель

Использование биодизеля вместо дизельного топлива на постоянной основе вполне допустимо. Но нужно учитывать, что 100% биотопливо — это как летняя марка дизтоплива. Оно замерзает при температуре -5 °C. Поэтому зимой чаще всего биодизель просто добавляют в дизельное топливо. Летом же можно ездить на чистом биотопливе. Также допускается смешивать биодизель с минеральным, причем в любых пропорциях.

Биодизель в России

Если рассматривать распространенность биодизеля в России, то нужно отметить, что пока нет единой государственной программы развития этого направления. Существует законопроект Министерства сельского хозяйства, по которому в стране создают условия для активного производства биодизеля. По условиям проекта ежегодно должны выпускаться до 5,5 млн тонн рапсового масла, из которых на получение биотоплива будет выделяться 2,5 млн тонн.

Также постепенно начинают появляться региональные программы, например, Ассоциация производителей рапсового масла в Липецкой области и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Строительство заводов биодизеля планируется в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане.

Производство биодизеля в России постепенно становится одним из самых перспективных и выгодных направлений для малого бизнеса. Все потому, что производственный цикл практически безотходный, а сырье для изготовления можно выращивать на используемых землях. Проблемой пока остается вопрос с акцизом на биоэтанол, который составляет 59 руб. за 1 л. Из-за этого инвестиции в производство биодизеля пока что лишены особого смысла, хотя рентабельность такого бизнеса высока, ведь спрос на подобное топливо возрастает день ото дня.

Источник